Question

能源的開(kāi)發(fā)和利用是當(dāng)前科學(xué)研究的重要課題．
（1）利用二氧化鈰（CeO₂）在太陽(yáng)能作用下前實(shí)現(xiàn)如下變廢為寶的過(guò)程：
mCeO₂

太陽(yáng)能 .

.

（m-x）CeO₂?xCe+xO₂
（m-x）CeO₂?xCe+xH₂O+xCO₂

900oC .

.

mCeO₂+xH₂+xCO
上述過(guò)程的總反應(yīng)是

 

，該反應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為

 

．
（2）CO、O₂和KOH溶液構(gòu)成的燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為

 

．該電池反應(yīng)可獲得K₂CO₃溶液，某溫度下0.5mol?L^-1K₂CO₃溶液的pH=12，若忽略CO₃^2-的第二級(jí)水解，則CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-的平衡常數(shù)K_h=

 

．
（3）氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，下列將電解池與燃料電池相組合的工藝可以節(jié)能30%以上．

①電解過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是

 

，陰極附近溶液pH

 

（填“不變”、“升高”或“下降”）．
②如果粗鹽中SO₄^2-含量較高，精制過(guò)程需添加鋇試劑除去SO₄^2-，該鋇試劑可選用下列試劑中的

 

．
a．Ba（OH）₂   b．Ba（NO₃）₂    c．BaCl₂
現(xiàn)代工藝中更多使用BaCO₃除SO₄^2-，請(qǐng)寫(xiě)出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

．
③圖中氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)a%

 

b%（填“＞”、“=”或“＜”），燃料電池中負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：氯堿工業(yè),反應(yīng)熱和焓變

專(zhuān)題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專(zhuān)題

分析：（1）各分方程加在一起即可得到總方程，根據(jù)反應(yīng)中能量變化分析；
（2）燃料電池中燃料為負(fù)極，堿性條件下，CO在負(fù)極失電子生成碳酸根離子，已知CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-，Kh=

c(HCO3-)?c(OH-)

c(CO32-)

，根據(jù)氫氧根離子的濃度和碳酸根離子的濃度計(jì)算；
（3）①電解時(shí)陽(yáng)極氯離子失電子，陰極氫離子得電子；陰極附近生成氫氧根離子；
②添加鋇試劑除去SO₄^2-，注意不能引入新的雜質(zhì)；BaCO₃與硫酸根離子反應(yīng)生成BaSO₄；
③通入空氣的一極為氧氣得到電子生成氫氧根離子，燃料電池的負(fù)極上氫氣失電子生成水．

解答： 解：（1）各分方程加在一起即可得到總方程，則總方程為：H₂O+CO₂═H₂+CO+O₂，該過(guò)程中在太陽(yáng)能作用下將H₂O、CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)镠₂、CO，所以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能；
故答案為：H₂O+CO₂═H₂+CO+O₂；化學(xué)能；
（2）燃料電池中燃料為負(fù)極，堿性條件下，CO在負(fù)極失電子生成碳酸根離子，其電極反應(yīng)為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，已知CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-，Kh=

c(HCO3-)?c(OH-)

c(CO32-)

，0.5mol?L^-1K₂CO₃溶液的pH=12，則c（OH^-）=0.01mol?L^-1，則Kh=

0.01×0.01

0.5

=2×10^-4 mol?L^-1，
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O； 2×10^-4 mol?L^-1；
（3）①電解時(shí)陽(yáng)極氯離子失電子，陰極氫離子得電子，則電解過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Cl^-+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；陰極附近氫離子得電子生成氫氣，同時(shí)生成氫氧根離子，所以陰極附近氫氧根離子濃度增大，則pH升高；
故答案為：2Cl^-+2H₂O

電解  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；升高；
②添加鋇試劑除去SO₄^2-，注意不能引入新的雜質(zhì)，選Ba（NO₃）₂會(huì)引入雜質(zhì)硝酸根離子，所以該鋇試劑不能選用，BaCO₃與硫酸根離子反應(yīng)生成BaSO₄，BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）=BaSO₄（s）+CO₃ ^2-（aq）；
故答案為：ac；BaCO₃（s）+SO₄^2-（aq）=BaSO₄（s）+CO₃ ^2-（aq）；
③通入空氣的一極為氧氣得到電子生成氫氧根離子，所以右端生成的氫氧化鈉多，即a%＜b%，燃料電池的負(fù)極上氫氣失電子生成水，則電極反應(yīng)為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
故答案為：＜； H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)變化中能量變化、燃料電池的原理應(yīng)用、鹽的水解平衡常數(shù)的計(jì)算、電解原理的應(yīng)用等，題目綜合性較強(qiáng)，難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力．